KR20120058552A - 노에서의 개별 버너 모니터링 및 제어 - Google Patents

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마이클 씨. 탄카
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

노(1) 내의 각각의 개별 버너(224)의 연소를 모니터링하도록 적용된 모니터링 및 제어 장치(220)가 개시된다. 이는 노(1) 내의 버너(224)의 화염을 통해 빔(223)을 제공하기 위한 적어도 하나의 레이저(221)와, 이들이 화염을 통해/부근에서 통과한 후에 빔(223)을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기(222)를 포함한다. 모니터링된 신호는 이 버너(224)를 위한 최적의 조건을 계산하는 전자 유닛(215)에 통과된다. 전자 유닛(215)은 이어서 제어 유닛(214)이 각각의 개별 버너(224)로의 연료, 1차 공기 및 2차 공기 공급물을 조정할 수 있게 하여 배출된 배출물의 양을 감소시키는 하나 이상의 효율적인 시스템을 생성한다.

Description

노에서의 개별 버너 모니터링 및 제어{INDIVIDUAL BURNER MONITOR AND CONTROL IN A FURNACE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 본 출원과 동일자로 출원된 동일한 발명자, 마이클 탄카(Michael Tanca)에 의한 발명의 명칭이 "광학 연도 가스 모니터 및 제어(OPTICAL FLUE GAS MONITOR AND CONTROL)"인 동시 계류 중인 미국 특허 출원에 관련된다. 본 출원은 본 명세서에 그대로 설명된 것처럼 상기 참조된 출원을 합체한다.
발명의 분야
본 발명은 석탄 연소식 연소 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 석탄 연소식 연소 시스템의 시스템 성능의 정확한 추정을 위한 연소 모니터링 시스템에 관한 것이다.
다양한 석탄 연소식 연소 시스템에서, 연소 시스템 내의 연소는 노의 후방에 위치된 측정 디바이스에 의해 모니터링된다. 통상적으로, 이는 산소 센서이다. 이 측정 디바이스는 연소 시스템 내의 연소를 제어하는데 사용되는 피드백 신호를 제공한다. 이러한 시스템은 노 내의 집합 연소를 제어하기 위해 양호하게 작동하지만, 이러한 시스템은 연소 챔버 내의 상이한 버너에서 연소를 모니터링하고 제어하는데 응답하지 않는다. 따라서, 이러한 버너는 최적 레벨에서 작동할 수 있지만, 하나 이상은 불량하게 수행한다. 이는 최적 미만의 성능을 초래할 수 있다. 양호하게 작동하지 않는 연소 챔버 내의 특정 버너 또는 위치를 식별하고 단지 이 위치에 속하는 디바이스를 조정하는 것이 유리할 것이다.
부가의 측정 디바이스가 부가의 성능을 제공하지만, 연소 챔버 내에 다수의 측정 디바이스를 갖는 것은 실행 가능하지 않다. 개별 버너의 성능을 측정하는 것은 곤란하다.
게다가, 불량한 제어는 측정 디바이스의 불량한 감도로부터 발생될 수 있다. 더 정확한 측정 디바이스를 갖는 것이 유리할 것이다.
따라서, 보일러 연소 시스템과 관련된 샘플링 구역 전체에 걸쳐 개별 버너의 정확한 측정을 위한 방법 및 장치가 요구된다. 바람직하게는, 측정은 향상된 제어를 제공하고 따라서 향상된 효율을 유도한다.
접선 연소식 노(1)의 개별 버너(224)의 작동을 조정하기 위한 버너 효율 시스템(200)이 설명된다.
버너 효율 시스템은 광빔(223)을 수용하고 수용된 광빔(223)에 대응하는 전기 신호를 제공하도록 적용된 검출기(222)를 포함한다.
버너 효율 시스템은 샘플링 구역(8)을 통해 통과하고 개별 버너(224)로부터 나오는 화염의 바로 위의 궤적(42)을 교차하고 검출기(222)에 충돌하는 광빔(223)을 생성하도록 위치된 광학 소스(221)를 포함한다.
전자 유닛(214)은 검출기(222)에 의해 생성된 신호를 수신하고 광학 소스(221)와 검출기(222) 사이의 재료의 적어도 하나의 물리적 특성을 식별하도록 적용된다. 전자 유닛(214)은 이 개별 버너(224)의 작동을 최적화하도록 조정되어야 하는 개별 버너의 파라미터를 지시하는 조정 신호를 생성한다.
조정될 수 있는 파라미터의 일부는 노(1) 내로의 2차 기류 유량, 노(1) 내로의 1차 기류 유량 및 노(1) 내로의 연료 유량이다.
버너 효율 시스템은 또한 노(1)로부터 연도 가스 내의 적어도 하나의 성분의 특성을 모니터링하기 위한 장치(200)로서 실시될 수 있고, 장치는 노(1)의 단일 버너(224)에 의해 실질적으로 생성된 연도 가스를 통해 광빔(223)을 제공하도록 적용된 적어도 하나의 광학 소스(221)를 포함하는 광학 모니터링 시스템(220)을 갖는다.
버너 효율 시스템은 광빔(223)을 검출하고 전자 유닛(215)에 모니터링된 신호를 제공하도록 적용된 적어도 하나의 검출기(222)를 포함한다. 전자 유닛(215)은 샘플링 구역 내의 적어도 하나의 성분의 특성을 추정하고 상기 노(1)의 작동을 조정하기 위해 조정 신호를 생성하도록 구성된다.
버너 효율 시스템은 접선 연소식 노(1)의 개별 버너(224)의 작동을 조정하기 위한 방법으로서 또한 실시될 수 있다. 단계들은 샘플링 구역(8)을 통해 통과하고 개별 버너(224)로부터 나오는 화염의 궤적(42)을 교차하고 검출기(223)에 충돌하는 광빔(223)을 생성하는 것을 포함한다.
광빔(223)은 수신된 광빔(223)에 대응하는 전기 신호를 생성하기 위해 검출기에서 감지된다.
샘플링 구역(8) 내의 재료의 적어도 하나의 물리적 특성은 생성된 전기 신호로부터 식별된다.
식별된 물리적 특성은 사전 결정된 원하는 레벨에 비교된다.
버너 파라미터의 세트의 조정은 식별된 물리적 특성이 사전 결정된 원하는 레벨을 향해 조정될 수 있게 하는 비교로부터 계산된다.
개별 버너의 버너 파라미터는 개별 버너(224)의 작동을 최적화하기 위해 계산된 조정에 따라 조정된다.
본 발명으로서 간주되는 요지가 구체적으로 지적되고 명세서의 결론부에서 청구범위에 명백하게 청구된다. 본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 취한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 종래의 노의 개략 단면 다이어그램.
도 2는 종래의 연소 모니터링 시스템의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 노의 실시예의 개략 단면 다이어그램.
도 4는 본 발명에 따른 연소 모니터링 시스템의 실시예의 평면도.
연소 조건, 연소 시스템으로부터의 연도 가스 성분의 정확한 모니터링을 제공하고 모니터링에 기초하여 연소 시스템을 제어하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 명세서에 제공된 다양한 비한정적인 실시예에서, 연소 시스템은 고체 연료, 기체 또는 액체 연료 연소식 연소 시스템이다. 연소 시스템은 조합형 노 및 보일러 또는 증기 발생기일 수 있다. 그러나, 당 기술 분야의 숙련자는 제공된 실시예들이 단지 예시적이고 본 발명의 한정이 아니라는 것을 인식할 수 있을 것이다.
방법 및 장치는 광학 검출 시스템을 사용한다. 본 명세서에 제공된 바와 같이, 광학 신호화 및 검출 시스템은 간단히 "모니터링 시스템"이라 칭한다. 일반적으로, 모니터링 시스템은 다양한 관련 기능을 수행하기 위한 다양한 구성 요소를 포함한다. 구성 요소는 복수의 광학 소스, 복수의 센서, 제어 유닛, 컴퓨터 부품, 소프트웨어(즉, 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 기계 실행 가능 명령), 신호화 디바이스, 모터 작동식 제어부, 적어도 하나의 전원 및 다른 이러한 구성 요소를 포함할 수 있다. 모니터링 시스템은 샘플링 구역에 대한 적어도 하나의 가스 성분의 복수의 측정을 제공한다. 복수의 측정은 무엇보다도 버너(즉, 노즐)에 관련하는 것과 같은 샘플링 구역 내의 가스 성분의 측정을 위해 제공된다. 측정은 레이저 기술의 사용에 의해 다수의 위치에서 수행될 수 있고, 따라서 연료 연소의 국부적인 추가 응답성인 측정을 제공한다. 물론, 모니터링 시스템은 또한 제어 시스템으로서 고려될 수 있다. 더 구체적으로, 모니터링 시스템으로부터의 측정 데이터는 연소 시스템의 양태를 제어하는데 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 이 이유로, 모니터링 시스템은 제어 시스템 또는 제어 시스템의 적어도 일부로서 고려될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 종래의 노(1)의 측면도가 도시되어 있다. 노(1)는 모니터링 시스템(120)을 포함한다. 이 기본적인 예에서, 모니터링 시스템(120)은 레이저일 수 있는 복수의 광학 소스(121)를 포함한다. 광학 소스(121)는 대응하는 복수의 검출기(122)에 의해 검출되는 광빔(123)을 제공한다. 검출기(122)는 수신된 광학 신호의 특징을 제공하기 위해 전자 유닛(115)에 결합된다. 전자 유닛(115)은 광학 소스(121)와 대응 검출기(122) 사이의 샘플링 구역(8)의 물리적 양태의 추정을 제공한다. 이들 물리적 양태는 조성물 또는 풍부한 가스 성분을 포함할 수 있다. 추정은 당 기술 분야에 공지된 바와 같은 기술을 사용하여 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 모니터링 시스템(120)의 추가의 양태가 도시된다. 이 예에서, 모니터링 시스템(120)은 복수의 광학 소스(121) 및 복수의 검출기(122)를 갖는다. 광학 소스(121)는 광빔(123)의 그리드를 형성한다. 광빔(123)은 검출기(122)에 의해 검출된다. 광빔(123)은 도시된 바와 같이 교차 빔을 갖는 그리드 패턴으로 정렬된다. 각각의 버너(124)는 연료 공급물, 1차 공기 공급물 및 2차 공기 공급물(도 1에서 각각 105, 106, 107)의 하류측이고, 연료와 공기의 혼합물을 연소 챔버(도 1의 2)에 제공한다.
용어 "샘플링 구역"(8)은 모니터링 시스템(120)에 의해 모니터링된 연소 챔버(2)의 부분을 칭한다.
도 2에 도시된 종래의 장치는 도시된 바와 같이 그리드 배열의 연소를 제공하는 복수의 벽 장착식 버너(24)를 도시한다. 유사하게, 복수의 레이저(121) 및 검출기(122)는 유사한 방식으로 배열된다. 각각의 노즐(24)의 화염은 중첩하기 때문에, 검출기 시스템(120)은 각각의 개별 버너(24)의 기능을 검출할 수 없다. 따라서, 임의의 조정이 전체 시스템에 이루어져야 하여, 모든 버너(24)에 영향을 미친다. 개별 버너(24)를 모니터링하고 조정하는 능력이 존재하지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 노(1)의 실시예의 개략 단면 다이어그램을 도시한다. 노(1)는 종래 기술과는 대조적으로 개별 버너(224)를 각각 모니터링하기 위한 복수의 모니터링 시스템(220)을 포함한다.
이는 또한 종래 기술과는 대조적으로, 각각의 개별 버너(224)를 위한 2차 공기 공급물(207) 및 선택적으로 연료 공급물(205) 및 1차 공기 공급물(206)을 제어하는 복수의 제어 유닛(224)을 또한 포함한다.
각각의 모니터링 시스템(220)은 레이저일 수 있는 적어도 하나의 광학 소스(221)를 포함한다. 광학 소스(221)는 대응하는 복수의 검출기(222)에 의해 검출되는 광빔(223)을 제공한다. 각각의 빔은 궤적(도 4의 42)에 의해 지시된 광학 산란을 최소화하기 위해 화염의 바로 위에 또는 단일 버너 화염을 통해 통과한다. 빔(223)은 이 입면도에 도시하기가 곤란한 경사각으로 버너 화염을 통해 통과한다는 것을 주목하라.
고체 석탄 입자는 연소 챔버 내부의 가스 내로 신속하게 연소하는 버너(224)로부터 송풍된다. 이들 석탄 입자는 산란하고 검출기(222)에 의해 수용되는 불충분한 강도를 초래하는 광빔(223)을 약화시킨다. 이 경우에, 광빔(223) 및 검출기(222)는 석탄 입자가 더 이상 존재하지 않는 화염 궤적(42) 바로 위에 위치되어야 한다. 이는 점(45)에서 화염 궤적(42)을 교차한 후에 이제 검출기(222)에서 검출될 수 있는 충분한 빔(223)을 제공한다.
광빔(223)은 빔(223)이 샘플링 영역(8)을 통해 통과하고 점(45)에서 화염 궤적(42)을 통해 통과하도록 광학 소스(221) 및 검출기(222)를 조정함으로서 조정될 수 있다는 것을 주목하라. 화염 궤적(42)은 버너(224)로부터 방출된 화염을 통해 통과할 수 있고 또는 대부분의 고체 석탄 입자가 이 위치에서 연소되도록 이 화염의 약간 상부를 통과할 수 있다.
임의의 검출기(222) 및 광학 소스(221) 쌍의 위치는 이들이 빔(223)의 일 단부에 위치될 수 있게 하도록 상호 교환 가능하다.
각각의 검출기(222)는 각각의 버너(224)를 위한 수신된 광학 신호의 특징을 제공하기 위해 그 대응 전자 유닛(215)에 결합된다. 각각의 전자 유닛(215)은 광학 소스(221)와 대응 검출기(222) 사이의 샘플 구역(8)의 물리적 양태의 추정을 제공한다. 이들 물리적 양태는 조성물 또는 풍부한 가스 성분을 포함할 수 있다. 추정은 신호 감쇠, 신호 흡수, 형광 및 다른 형태의 파장 시프팅, 산란 및 다른 이러한 기술을 사용하여 수행될 수 있다.
단지 하나의 버너(224), 광학 소스(221) 및 검출기(222)만이 여기에 도시되어 있지만, 다수의 버너(224), 광학 소스(221) 및 검출기(222) 노(1)의 다양한 레벨에 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들은 또한 수평 및/또는 수직축에 대해 경사지게 배열될 수 있고, 버너는 그룹으로 배열될 필요가 없다.
도 4는 연소 챔버(2)의 주연부에 위치된 복수의 버너(224)를 갖는 접선 연소식 노(1)에 적용된 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 각각의 버너(224)는 일단 연소가 시작되면 불덩이(9)가 발생할 수 있는 가상운의 주연부를 향해 조준된다. 이 디자인은 접선 연소식 노에 대해 통상적인 바와 같이 불덩이(9)가 원형 요동 패턴을 갖고 생성될 수 있게 한다.
적어도 하나의 버너(224)에 대해, 광학 소스(222)는 그 빔(223)이 점(45)에서 단일 화염 궤적(42)을 교차하도록 조준된다. 레이저 빔(223)은 다양한 파장에서 흡수 및 투과를 측정하기 위해 검출기(223)에 의해 모니터링된다. 이는 단일 버너(224)로부터 화염의 교차점(45)에서 다양한 가스종 및 온도의 분석을 허용한다.
화염 궤적(42)이 빔(223)을 교차하는 점(45)은 정확한 상당한 측정을 위해 모든 버너(224)에 대해 동일해야 한다.
각각의 버너(224)에서 이러한 셋업을 제공함으로써, 연소 모니터링 시스템(220)이 구성될 수 있다.
모니터링된 점(45)은 모든 버너(224)에 대해 버너(224)로부터 동일 거리 이격된다. 화염 궤적(42)은 소정의 레벨에서 다른 측방향 버너(224)에 의해 중단되지 않거나 오염되기 때문에, 이 기하학적 형상은 각각의 버너(224)의 기능의 독립적인 측정을 제공한다. 각각의 판독치로부터 다른 버너 화염으로부터 외부 측정이 존재하지 않는다. 이는 각각의 개별 버너(224)의 더 정확한 측정을 제공한다.
이 예에서, 빔(223)은 광학 소스(221)에 의한 가스종 측정의 가장 강력한 구별을 제공하기 위해 버너(224)의 레벨에서 또는 버너(224)의 약간 위 또는 아래에 위치될 수 있다.
전술된 바와 같이, 광학 소스(221), 검출기(222) 및 빔(223)은 판독치를 최적화하도록 조정될 수 있다. 이들은 또한 상향 또는 하향으로 각형성될 수 있고, 또는 이들의 각도를 수정하기 위한 적합한 수단을 가질 수 있다.
본 발명은 연소 챔버(2) 내에 존재하는 CO, CO2, 및 O2 및 미연소 연료와 같은 가스종의 측정 및 평가를 제공한다. 선택적으로, 이는 또한 SO2, SO3, NO2, NO3 및 Hg와 같은 다수의 다른 존재물을 검출할 수 있다.
이제 도 3 및 도 4의 모두를 참조하면, 각각의 검출기(222)로부터의 모니터링된 신호는 이어서 최적 연료, 1차 기류 및 2차 기류를 계산하기 위해 전자 유닛(215)에 피드백될 수 있다. 이는 연료 유동(205), 1차 공기 공급물(206) 및 2차 공기 공급물(207)을 제어하기 위해 각각의 버너(224)의 제어 유닛(214)에 공급된다. 이들은 공기 댐퍼, 밸브 및 다른 유동 제어부와 같은 공통 디바이스로 조절될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 모니터링 시스템(220)은 "측정 데이터", "모니터링 데이터", "특징 데이터" 등을 생성하는 것으로서 간주될 수 있다. 모니터링 시스템(220)과 제어 유닛(214)의 조합은 모니터링 및 제어 시스템(200)을 생성한다.
따라서 모니터링 및 제어 시스템(200)의 양태가 설명되었지만, 당 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 장점의 특징이 비한정적으로, 접선 연소식 및 벽 연소식 노 장치의 모두를 위한 가스종을 측정하기 위해 버너 레벨 바로 위의 광학 소스의 그리드의 사용, 국부적인 버너 화학양론을 제어하기 위해 화염 내의 소정의 위치에서 가스종을 측정하는 각각의 버너 레벨에서 또는 각각의 버너 레벨 위에서 사용될 수 있는 접선 연소식 노를 위한 대안적인 그리드 디자인, 연소의 2차 제어로서 버너 사이의 공기 흐름 바이어싱을 통해 레이저 그리드 측정을 사용하여 노 내의 국부화된 연소를 제어하는 능력, 버너로의 공기 공급을 제어하기 위해 노 출구에서 레이저를 사용하는 보일러 연소의 1차 제어, 연도 가스 출구에서 가스종을 측정하기 위한 향상된 비그리드 디자인, 레이저 그리드 측정을 사용하는 하류측 오염 제어 시스템의 제어, 개별 버너 화학양론 제어를 위한 연소 및 연료 공기 댐퍼를 제어하기 위해 버너 영역에서 또는 그 주위에서 국부화된 레이저 가스종 측정의 사용, 입력으로서 레이저 가스종 측정을 갖는 조화된 제어 시스템을 사용하는 모든 보일러 및 환경 제어의 제어, 설비 성능 및 경제 기반으로 버너 제어 및/또는 오염 제어를 위한 제어 시스템으로 피드백을 포함한다.
광학 소스는 연도 가스 내의 원하는 성분을 검출하는데 유용한 대역 내의 광을 전달하는 임의의 레이저일 수 있다. 이는 모든 유형의 가스 및 종의 레이저를 포함할 수 있다. 검출 기술은 신호 주파수 또는 신호 파장의 변조 뿐만 아니라 신호 감쇠에 기초할 수 있다. 일반적으로, 모니터링 시스템(220)의 실시예는 가스의 샘플을 통해 레이저 빔을 조명하고 흡수된 레이저 광의 양을 측정함으로써 가스 농도를 측정하는 장치를 포함한다. 그러나, 광학 소스 및 검출기 파장은 다양한 파장에서 흡수를 검출하도록 조정될 수 있다. 이들 특성은 선택도 및 감도를 포함하는 특성의 양호한 조합을 레이저 검출기에 제공한다.
레이저 모니터링의 장점은 가스 성분을 특징화하는 능력을 포함한다. 즉, 파장 가변 레이저는 일반적으로 전자기 스펙트럼의 근적외선(NIR) 영역에서 광을 방출한다. 다수의 연소 가스는 NIR 내의 광을 흡수하고, 다수의 개별 "흡수 라인"에 의해 특징화될 수 있다. 파장 가변 레이저는 타겟 가스의 단일의 흡수 라인을 선택하도록 조정될 수 있고, 이는 임의의 다른 가스로부터의 흡수 라인과 중첩하지 않는다. 따라서, 레이저 가스 감지는 가스의 샘플링에 대해 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 다양한 다른 기술적 장점이 당 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있다. 또한, 파장 가변 레이저는 상대적으로 저가이다. 따라서, 모니터링 디바이스(220)는 비용 효과적이고 유지 보수가 용이하다.
예시적인 파장 가변 레이저는 미국 매사추세츠주 워번 소재의 이지스 세미컨덕터스 인크(Aegis Semiconductors, Inc.)에 의해 제조된다. 열적으로 조정 가능한 광학 필터의 일 비한정적인 예는 그 개시 내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 포함되어 있는 2005년 2월 10일 공개된 발명의 명칭이 "초저가 협대역 적외선 센서(Very Low Cost Narrow Band Infrared Sensor)"인 미국 특허 출원 공개 US/2005/0030628 A1호에 개시되어 있다. 이 출원은 광을 생성하고 동일한 영역을 통해 광을 지향시키기 위한 이미터를 포함하는 샘플 영역에서 화학물을 검출하기 위한 광학 센서를 제공한다. 센서는 광이 샘플 영역을 통해 통과한 후에 광을 수용하고 검출기가 수신하는 광에 대응하는 신호를 생성하기 위한 검출기를 또한 포함한다. 센서는 이미터와 검출기 사이에 배치된 열광학 필터를 추가로 포함한다. 광학 필터는 이미터로부터 광을 선택적으로 필터링하기 위한 조정 가능한 통과대역을 갖는다. 광학 필터의 통과대역은 광학 필터의 온도를 변경함으로써 조정 가능하다. 센서는 광학 필터의 통과대역을 제어하고 검출기로부터 검출 신호를 수신하기 위한 제어기를 또한 포함한다. 제어기는 광학 필터의 통과대역을 변조하고 화학물의 흡수 피크가 존재하는지 여부를 판정하기 위해 검출 신호를 분석한다.
당 기술 분야의 숙련자는 상기 설명이 단지 레이저(221)의 일 실시예이고, 다양한 다른 실시예가 실시될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 용어 "광학"은 본 명세서의 교시의 실시에 유용한 전자기 방사선의 임의의 파장을 참조하는 것으로 인식되어야 한다. 일반적으로, 전자기 방사선은 마이크로파, 적외선, 가시선, 자외선, X-선 및 감마선 중 적어도 하나인 것으로 전통적으로 고려되는 파장 또는 파장의 대역을 포함할 수 있다. 그러나, 실제로, 광학 신호에 대해 선택된 파장 또는 파장의 대역은 일반적으로 적외선, 가시선, 자외선 또는 이들의 서브 분류 중 적어도 하나로서 분류된다.
또한, 레이저(221)는 일반적으로 자극된 방사선의 배출에 의한 광 증폭을 제공한다는 것을 인식해야 한다. 즉, 통상의 레이저는 양호하게 규정된 파장을 갖는 좁은 저발산 단색성 빔에서 광을 방출한다. 그러나, 이러한 제한은 본 명세서의 교시의 실시에 필수적이지 않다. 요약하면, 측정 데이터를 추정하기 위한 적절한 특성을 나타내는 임의의 광학 빔이 사용될 수 있다. 적절성의 결정은 설계자, 사용자, 소유자의 관점 및 다른 것들을 포함하는 다양한 팩터에 기초할 수 있다. 따라서, 레이저(21)는 전통적으로 규정된 바와 같은 레이저 조사 거동을 정확하게 나타낼 필요는 없다.
모니터링 시스템(220)은 현존하는 연소 시스템의 개장의 부분으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 모니터링 시스템(220)은 현존하는 구성 요소 상에 장착되고 현존하는 제어기와 일체화될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 교시를 사용하는 시스템은 또한 컴퓨터 소프트웨어(즉, 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 기계 판독 가능 명령)를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 현존하는 제어기 소프트웨어(및/또는 펌웨어)에 대한 부속물로서 또는 독립적인 패키지로서 사용될 수 있다.
또한, 키트가 제공될 수 있고 성공적인 설치 및 작동을 위해 요구될 수 있는 바와 같은 모든 다른 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 다른 구성 요소의 예는 비한정적으로, 전기 배선, 전원, 모터 및/또는 수동 작동식 밸브, 컴퓨터 인터페이스, 사용자 디스플레이, 각종 회로, 각종 하우징, 릴레이, 변압기 및 다른 이러한 구성 요소를 포함한다.
따라서, 산소와 같은 가스종을 측정하기 위해 보일러 출구에 적어도 하나의 광학 검출기를 포함하는 연소 시스템이 제공된다. 양 위치에서 양 시스템의 용도는 무엇보다도 보일러 출구에서 레이저로 보일러로의 전체 기류를 제어하고, 각각의 버너에 근접하여 장착된 광학 소스의 사용에 의해 보일러 버너의 국부적인 제어를 제공하는 것이다.
소프트웨어는 본 발명의 다양한 부분의 기능 및 작동에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(도 3, 도 4의 215) 및 도 1 및 도 3의 제어 유닛은 이러한 소프트웨어를 이용할 수 있다. 이 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 매체와 함께 제공될 수 있고, 실행될 때 컴퓨터가 본 발명의 방법을 구현하게 하고 장치를 작동하게 할 수 있는, 예를 들어 자기 저장 장치, 광학 저장 장치, 자기-광학 저장 장치, ROM, RAM, CD ROM, 플래시 또는 현재 알려지거나 알려지지 않은 임의의 다른 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 임의의 유형의 매체를 포함할 수 있다. 이들 명령은 장비 작동, 제어, 데이터 수집 및 분석 및 사용자에 의해 관련되는 것으로 간주되는 다른 기능을 제공할 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되어 있지만, 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 그 요소에 대해 치환될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 게다가, 다수의 수정이 그 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응시키기 위해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 수 있는 것으로 의도된다.
1: 노 8: 샘플링 구역
42: 궤적 200: 버너 효율 시스템
214: 제어 유닛 215: 전자 유닛
220: 광학 모니터링 시스템 221: 광학 소스
222: 검출기 223: 광빔

Claims (22)

  1. 접선 연소식 노(1)의 개별 버너(224)의 작동을 조정하기 위한 버너 효율 시스템(200)으로서,
    광빔(223)을 수용하고 수용된 광빔(223)에 대응하는 전기 신호를 제공하도록 적용된 검출기(222),
    샘플링 구역(8)을 통해 통과하고 개별 버너(224)로부터 나오는 단일 화염의 궤적(42)을 교차하고 상기 검출기(222)에 충돌하는 광빔(223)을 생성하도록 위치된 광학 소스(221),
    상기 검출기(222)에 의해 생성된 신호를 수신하고 상기 광학 소스(221)와 상기 검출기(222) 사이의 재료의 적어도 하나의 물리적 특성을 식별하고 상기 개별 버너(224)의 작동을 최적화하도록 조정되어야 하는 상기 개별 버너의 파라미터를 지시하는 조정 신호를 생성하도록 적용된 전자 유닛(214)을 포함하는 버너 효율 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파라미터는
    상기 노(1) 내로의 2차 공기 유량,
    상기 노(1) 내로의 1차 공기 유량, 및
    상기 노(1) 내로의 연료 유량으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 버너 효율 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노(1)에 부가의 연소 공기를 제공하기 위한 2차 공기 공급물(207),
    상기 전자 유닛(215)에 결합되고, 상기 전자 유닛(215)에 의해 제공된 조정 신호에 기초하여 상기 버너(224)에 제공된 공기의 양을 조정하도록 적용된 2차 공기 공급물에 결합된 제어 유닛(214)을 추가로 포함하는 버너 효율 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(214)에 결합된 연료 공급물(105)로서, 상기 연료 공급물은 상기 노(1)에 고체 연료 입자를 제공하도록 적용되는 연료 공급물(105),
    상기 제어 유닛(214)에 결합된 1차 공기 공급물(206)로서, 상기 1차 공기 공급물은 고체 연료 입자를 혼입하고 이들을 상기 노(1) 내에 운반하기 위해 공기를 제공하도록 적용되는 1차 공기 공급물(206)을 추가로 포함하고,
    상기 제어 유닛은 연료 공급물(205) 및 1차 공기 공급물(206)을 조절하여 전자 유닛(215)으로부터 수신된 조정 신호에 기초하여 상기 노(1)에 제공된 연료 입자 및 1차 공기의 양을 조정하도록 더 적용되는 버너 효율 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 소스(221)는 레이저이고, 상기 검출기(222)는 레이저광을 감지하도록 적용되는 버너 효율 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 식별된 물리적 특성은
    온도, 산소(O2) 농도, 일산화탄소(CO) 농도, 이산화탄소(CO2) 농도, 수증기 농도, 이산화황(SO2) 농도, 3산화황(SO3) 농도, 이산화질소(NO2) 농도, 3산화질소(NO3) 농도, 수은(Hg) 농도, 미연소 탄화수소 농도 및 미연소 연료 농도로 이루어진 그룹 중 하나를 포함하는 버너 효율 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광빔(223)은 교차점(45)에서 화염 궤적(42)을 교차하는 버너 효율 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 교차점(45)으로부터 그 대응 버너(224)까지의 거리는 모든 버너(224)에 대해 동일한 버너 효율 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 노(1)의 다수의 레벨에서 복수의 버너(224)가 존재하고, 단일 버너(224)로부터 나오는 화염의 궤적(42)을 교차하고 검출기(223)에 충돌하는 광빔(223)을 생성하도록 각각 위치된 복수의 광학 소스(221)가 존재하는 버너 효율 시스템.
  10. 노(1)로부터 연도 가스 내의 적어도 하나의 성분의 특성을 모니터링하기 위한 장치(200)로서,
    노(1)의 단일 버너(224)에 의해 실질적으로 생성된 연도 가스를 통해 광빔(223)을 제공하도록 적용된 적어도 하나의 광학 소스(221)를 포함하는 광학 모니터링 시스템(220), 및
    상기 광빔(223)을 검출하고 전자 유닛(215)에 모니터링된 신호를 제공하도록 적용된 적어도 하나의 검출기(222)를 포함하고,
    상기 전자 유닛(215)은 샘플링 구역 내의 적어도 하나의 성분의 특성을 추정하고 상기 노(1)의 작동을 조정하기 위한 조정 신호를 생성하도록 구성되는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저(121)는 반도체 파장 가변 광학 레이저를 포함하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 성분은 CO, CO2, Hg, SO2, SO3, NOx, O2, Hg 및 미연소 연료 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 특성은 상기 성분의 존재, 양, 밀도, 농도 및 임의의 이들 특성의 변화율 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 조정 신호를 수신하고 상기 노(1)를 제어하도록 적용된 제어 유닛(214)을 추가로 포함하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제어 유닛(214)은 상기 노(1)로의 연료 공급물(205), 1차 공기 공급물(206) 및 2차 공기 공급물(207) 중 적어도 하나의 유동을 제어하도록 구성되는 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 복수의 빔(223)을 제공하기 위한 복수의 레이저(221) 및 복수의 빔(223)을 검출하기 위한 복수의 검출기(222)를 포함하는 장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 레이저(221) 및 상기 복수의 검출기(222)는 접선 연소식 노(1)를 모니터링하기 위해 배열되는 장치.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 전자 유닛(215)은 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 기계 실행 가능 명령을 포함하고, 상기 명령은
    적어도 하나의 성분의 특성을 추정하고,
    상기 추정된 특성이 사전 결정된 값에 더 근접하게 되도록 상기 추정된 특성으로부터 조정 신호를 결정하고,
    상기 제어 유닛(214)에 조정 신호를 제공하기 위한 명령을 포함하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 광학 신호를 변조하기 위한 명령을 추가로 포함하는 장치.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 빔(223)은 상기 연소 시스템(1)의 2차원 또는 3차원을 통해 통과하는 장치.
  21. 접선 연소식 노(1)의 개별 버너(224)의 작동을 조정하기 위한 방법으로서,
    샘플링 구역(8)을 통해 통과하고 개별 버너(224)로부터 나오는 화염의 궤적(42)을 교차하고 검출기(223) 상에 충돌하는 광빔(223)을 생성하는 단계,
    상기 검출기에서 광빔(223)을 감지하는 단계,
    상기 감지된 광빔(223)에 대응하는 전기 신호를 생성하는 단계,
    상기 생성된 전기 신호로부터 상기 샘플링 구역(8) 내의 재료의 적어도 하나의 특성을 식별하는 단계,
    상기 식별된 물리적 특성을 사전 결정된 원하는 레벨에 비교하는 단계,
    상기 식별된 물리적 특성을 사전 결정된 원하는 레벨을 향해 조정하게 할 수 있는 버너 파라미터의 세트의 조정을 계산하는 단계,
    상기 개별 버너(224)의 작동을 최적화하기 위해 계산된 조정에 따라 개별 버너의 버너 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 식별 단계 및 조정 단계 중 적어도 하나는 실시간 기초로 수행되는 방법.
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